硫基復(fù)合納米纖維的制備及其用于鋰硫電池正極材料研究.pdf

1、在新一代的能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換的器件中，鋰離子電池作為二次電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到生活中，然而其比能量密度有限，難以超過(guò)300Wh kg-1，因此亟需開(kāi)發(fā)比容量更高的電池。鋰硫電池具有非常高的理論能量密度（2600Wh kg-1）和理論比容量（1675mAh g-1），且自然界硫資源豐富、成本低廉、無(wú)毒、環(huán)境友好，因此鋰硫電池是一種極具開(kāi)發(fā)潛力和應(yīng)用前景的高性能二次電池。目前在鋰硫電池正極材料研究方面，為了改善電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性，研究者采用碳

2、材料、導(dǎo)電聚合物、金屬納米氧化物等材料與單質(zhì)硫復(fù)合，其中最常見(jiàn)的是硫/碳復(fù)合材料。
　　本文采用微乳液法制備二氧化硅中空納米球，結(jié)合靜電紡絲技術(shù)，制備出二氧化硅/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維，經(jīng)過(guò)高溫碳化和負(fù)載硫后得到硫/二氧化硅/碳復(fù)合納米纖維（S/SiO2/CNFs），這種材料中的中空SiO2用于存儲(chǔ)硫以及吸附多硫化物，而導(dǎo)電碳纖維用于進(jìn)行導(dǎo)電。采用循環(huán)伏安法、交流阻抗譜和恒流充放電測(cè)試對(duì)該材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明二氧化硅中

3、空納米球的加入提高了電池的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　本文進(jìn)而研究了多孔硫基復(fù)合納米纖維的制備及其電化學(xué)性能，通過(guò)形成多孔碳纖維來(lái)增大材料的比表面積和抑制正極材料體積膨脹。首先，研究了KOH活化處理對(duì)SiO2/CNF復(fù)合納米纖維的影響。采用1M KOH溶液對(duì)SiO2/CNFs進(jìn)行活化處理，形成了多孔的硫/二氧化硅/碳復(fù)合納米纖維（S/SiO2/PCNFs），所得材料在0.1C倍率下初始放電比容量為1010mAh g-1，50次循

4、環(huán)后比容量為374mAh g-1。對(duì)比未經(jīng)KOH處理的S/SiO2/CNFs，其性能反而有所降低，這是由于高溫下KOH的分解物與SiO2發(fā)生反應(yīng)，破壞了SiO2/CNFs的結(jié)構(gòu)，削弱了SiO2中空納米球?qū)w維性能的改善作用。
　　其次，研究了Zn(CH3COO)2醇溶液活化處理對(duì)S/CNF復(fù)合納米纖維的影響。采用了不同濃度的Zn(CH3COO)2醇溶液進(jìn)行處理形成多孔的硫/碳復(fù)合納米纖維（S/PCNFs）復(fù)合納米纖維，發(fā)現(xiàn)用濃度為

5、0.125 M的Zn(CH3COO)2醇溶液處理過(guò)的纖維載硫后的循環(huán)穩(wěn)定性最好，在0.1C的倍率下其初始放電比容量為980mAh g-1，50次循環(huán)后比容量為689mAh g-1；在1C倍率下其初始放電比容量為681mAh g-1，300次循環(huán)后比容量為505mAh g-1，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。隨著Zn(CH3COO)2濃度降低，電池比容量和循環(huán)穩(wěn)定性下降。
　　最后，采用濃度為0.125M的Zn(CH3COO)2醇溶液處理S